JP2001208545A

JP2001208545A - 圧電振動ジャイロスコープ

Info

Publication number: JP2001208545A
Application number: JP2000020592A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Inoue; 武志井上; Mitsuru Yamamoto; 満山本
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2000-01-28
Filing date: 2000-01-28
Publication date: 2001-08-03
Also published as: DE10103813A1; US20010010173A1

Abstract

(57)【要約】【課題】実装が簡単でかつ検出モードの振動の検出感
度が高く、高い角速度分解能を有する圧電振動ジャイロ
スコープを提供する。【解決手段】六脚型圧電振動ジャイロスコープ１０
は、中央の板状の胴部１７と、胴部の一方の端面から延
びる、間隔を置いて３本並んで配置された、棒状の圧電
体からなる駆動用アーム１１，１２，１３と、胴部１７
の駆動用アーム１１，１２，１３が延びている端面と反
対側の端面から延びる、駆動用アームのそれぞれと一直
線上に並ぶように３本配置された、圧電体からなる棒状
の検出用アーム１４,１５,１６とを有している。駆動用
アーム１１，１２，１３に主面に平行な方向の面内振動
を励起すると、検出用アーム１４，１５，１６には、コ
リオリ力により生じる、主面に垂直な方向の面垂直振動
のみが励起される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、振動ジャイロスコ
ープに関し、より詳細には圧電体を用いた圧電振動ジャ
イロスコープに関する。

【０００２】

【従来の技術】振動ジャイロスコープは、回転物上で振
動している物体に対して、振動および回転物の角速度ベ
クトルに垂直な方向にコリオリ力が働くことを利用し
て、回転物の角速度を測定する装置である。振動ジャイ
ロスコープは航空機や大型船舶、宇宙衛星などに位置の
確認用として使用されてきた。最近では、民生用の分野
において、カーナビゲーションや自動車の姿勢制御、Ｖ
ＴＲ用カメラやスチルカメラの手振れの検出などに使用
されている。駆動電圧を印加して駆動振動を励起し、コ
リオリ力により生じた検出振動を電気的に検出するのに
圧電体を用いた圧電振動ジャイロスコープとしては、例
えば「弾性波デバイスハンドブック」（オーム社）の４
９１頁から４９７頁に記載されているように、スペリー
音叉ジャイロ、ワトソン音叉ジャイロ、音片ジャイロ、
円筒型振動ジャイロなどが知られている。

【０００３】近年の、高性能な圧電ジャイロスコープで
ある、リチウムタンタレート圧電単結晶からなる音叉ジ
ャイロが、特開平８−１２８８３０号公報に開示されて
いる。リチウムタンタレートの音叉型圧電振動ジャイロ
スコープ１００単体を図１８に示す。同図に示すよう
に、この音叉型圧電振動ジャイロスコープ１００は、棒
状の右側アーム１０１と左側アーム１０２とが、間隔を
おいて、底部１０３の一側面から突出した音叉の形状を
有している。右側アーム１０１および左側アーム１０２
には不図示の電極が配設されている。

【０００４】次に、この音叉型圧電振動ジャイロスコー
プ１００の動作について説明する。まず、右側アーム１
０１の電極部分に電圧を印加すると、右側アーム１０１
が音叉型圧電振動ジャイロスコープ１００の主面（図１
８の正面）の面内で左右に振動する。この右側アーム１
０１の振動は底部１０３を介して左側アームに伝わり、
図１８（ａ）に示すように、音叉型圧電振動ジャイロス
コープ１００の正面の面内で右側アーム１０１と左側ア
ーム１０２とが互いに中央方向に近づく変位と外側に遠
ざかる変位とを繰り返す面内振動が励起される。この面
内振動は、音叉型圧電振動ジャイロスコープ１００の固
有の振動モードの１つであり、本例ではこれが駆動振動
モードである。このとき音叉型圧電振動ジャイロスコー
プ１００が、右側アーム１０１および左側アーム１０２
の突出方向周り、すなわち図１８のＺ軸周りに角速度Ω
で回転する回転物上にあれば、図１８（ｂ）に示すよう
に、主面に垂直な方向にコリオリ力Ｆ_Cが働く。これに
より、右側アーム１０１と左側アーム１０２とが互いに
反対方向に主面に垂直な方向に変位を繰り返す面垂直振
動が励起される。この面垂直振動も音叉型圧電振動ジャ
イロスコープ１００の固有の振動モードの１つであり、
本例ではこれが検出振動モードである。検出モードの振
動を左側アーム１０２に配設した電極部分の電位差とし
て検出することにより、回転物のＺ軸周りの角速度Ωを
測定できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の圧電振動ジャイロには以下の問題点がある。

【０００６】音叉型圧電振動ジャイロスコープ１００で
は、検出用の左側アーム１０２に検出振動モードである
面垂直振動が励起されるだけでなく、駆動振動モードで
ある面内振動も励起される。すると２つの振動モードが
影響し合い、すなわち機械的に結合し、この機械的結合
のために検出の雑音となる振動が生じて検出のＳ／Ｎ比
が悪くなるという問題点がある。また、駆動用電極と検
出用電極の距離が短いため、駆動用電極に印加した電圧
が検出用電極に流れる検出信号に影響し、すなわち静電
的結合が起こり、この静電的結合のため検出のＳ／Ｎ比
が悪くなるという問題点がある。さらに音叉型圧電振動
ジャイロスコープ１００単体では、面垂直振動モードと
面内振動モードの周波数調整が本質的に困難であるとい
う問題点がある。さらに、実装上の問題として、音叉型
圧電振動ジャイロスコープ１００を安定して支持するた
めには重心の位置で支持することが好ましいが、音叉型
圧電振動ジャイロスコープ１００では重心部分に振動が
現れ、この位置で支持すると振動の損失が大きくなるた
め、結局、重心の位置で支持することは困難であり、圧
電体を不動点（振動の節に相当）において安定して精度
良く保持することが極めて困難である。

【０００７】本発明の目的は、上記従来技術の問題点を
解決し、振動体の実装が簡単で、コリオリ力に起因する
所望の検出用の振動の検出感度が高い、高分解能の圧電
振動ジャイロスコープを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明による圧電振動ジャイロスコープは、胴部
と、胴部から外向きに延びている圧電体からなる棒状の
駆動用アームと、胴部から駆動用アームと反対側に外向
きに延びている圧電体からなる棒状の検出用アームとを
有し、駆動用アームおよび検出用アームが胴部の主面と
平行な面内に位置しており、駆動用アームは、電圧が印
加されて胴部の主面に平行な方向の振動である面内振動
が励起されるものであり、胴部は、面内振動の検出用ア
ームへの伝達を抑制するものであり、検出用アームに励
起された電圧が検出されることにより、検出用アームに
生じている振動が検出されることを特徴とする。

【０００９】この構成によれば、電圧を印加して駆動用
アームに面内振動を励起すると、コリオリ力により駆動
用アームに面垂直振動が生じ、この駆動用アームの面垂
直振動が胴部を介して検出用アームに伝達されて検出用
アームに面垂直振動が励起される。この検出用アームの
面垂直振動により検出用アーム内に生じる電圧を検出す
ることにより、圧電振動ジャイロスコープが置かれた回
転物の駆動用アームの延伸方向周りの角速度を検出する
ことができる。

【００１０】この際、胴部は、面内振動の検出用アーム
への伝達を抑制するものであるため、検出用アームには
駆動用アームの駆動モードの振動である面内振動がほと
んど伝達されず、検出用アームにはほとんど面垂直振動
（検出モードの振動）のみが生じるので、検出モードの
振動に駆動モードの振動が与える影響が小さい。

【００１１】また、駆動用アームと検出用アームとが胴
部を挟んで距離が離れているため、駆動用アームに印加
した電圧が、検出信号に与える影響が小さい。

【００１２】また、検出用アームの面垂直振動の振幅
は、駆動用アームの面垂直振動の振幅の数倍になるの
で、検出感度を高くすることができる。

【００１３】本発明において、検出用アームにて検出さ
れる振動には、コリオリ力の作用する方向である、胴部
の主面に垂直な方向の、面垂直振動が含まれることが望
ましい。

【００１４】駆動用アームの面内振動の検出用アームへ
の伝達を、胴部により抑制させるためには、胴部が、面
内振動の振動方向に平行な方向に高い剛性を有するよう
にすればよい。

【００１５】本発明による圧電振動ジャイロスコープ
の、より具体的な構成としては、胴部が実質的に矩形状
であり、駆動用アームが胴部の一側部の端面から延び、
検出用アームが、一側部と反対側の側部の端面から延び
ている構成とすることができる。さらに、駆動用アーム
が、胴部の端面に対して垂直に延びており、検出用アー
ムが、該端面と反対側の端面に対して垂直に延びている
構成とすることができる。

【００１６】本発明において、胴部と駆動用アームと検
出用アームとを、圧電体により一体的に形成すれば、接
続部がある場合に発生するような振動の乱れのない、良
好な振動特性を示す圧電振動ジャイロスコープを容易に
製造することができる。

【００１７】本発明の圧電振動ジャイロスコープにおい
て、駆動用アームおよび検出用アームを構成する圧電体
としては、Ｚカット水晶またはＺカットランガサイトを
使用することができる。このような圧電体を用いる場合
には、断面が矩形である駆動用アームの４つの側面に、
駆動用アームのそれぞれの幅方向に関して中央部におい
て、そのつけ根付近から端部に向かって延びる、長方形
状で互いに同一の大きさである駆動用電極を形成し、互
いに対向する位置にある駆動用電極同士が同一の極性と
なり、隣り合う位置にある駆動用電極同士が異なる極性
となるように交流電源に接続することにより、駆動用ア
ームに面内振動を励起させることができる。また、少な
くとも１つの、断面が矩形である検出用アームの両側面
に２つづつ配置され、それぞれが検出用アームの幅方向
に関して両端部において、そのつけ根付近から端部に向
かって延びる、長方形状で互いに同一の大きさである検
出用電極を形成し、これらの検出用電極を、対角線方向
の２つの検出用電極が同一の極性に、対向する検出用電
極および同一面上の検出用電極が異なる極性となるよう
に、２つの接続端子に接続し、この２つの接続端子を検
出装置に接続することにより、検出用アームの面垂直振
動の振幅を検出装置により測定できる。

【００１８】この際、駆動用電極の長さを駆動用アーム
の長さの４０％〜７０％とし、駆動用電極の幅を駆動用
アームの幅の５０％〜７０％とすることにより、高い実
効的電気結合係数での駆動用アームの駆動が可能であ
る。また、検出用電極の長さを検出用アームの長さの４
０％〜７０％とし、検出用アームの一側面に形成された
２つの検出用電極の幅の和を検出用アームの幅の３０％
〜５０％とすることにより、高い実効的電気結合係数で
の検出用アームの変位の検出が可能である。

【００１９】また、駆動用アームおよび検出用アームを
構成する圧電体としては、Ｘカット水晶、Ｘカットラ
ンガサイト、１３０°回転Ｙ板リチウムタンタレート、
厚み方向に一様に分極された圧電セラミックスのうちの
いずれかを用いてもよい。このような圧電体を用いる場
合には、断面が矩形である駆動用アームの正面と底面と
に２つづつ配置され、各駆動用アームの幅方向に関して
両端部において、そのつけ根付近から端部に向かって延
びる、長方形状で互いに同一形状である駆動用電極を形
成し、これらの駆動用電極を、対角線方向の２つの駆動
用電極が同一の極性に、対向する駆動用電極および同一
面上の駆動用電極が異なる極性になるように交流電源に
接続することにより、駆動用アームに面内振動を励起さ
せることができる。また、少なくとも１つの、断面が矩
形である検出用アームの４つの側面に、検出用アームの
幅方向に関して中央部において、そのつけ根付近から端
部に向かって延びる、長方形状で互いに同一の大きさで
検出用電極を形成し、これらの検出用電極を、互いに対
向する位置にある検出用電極同士が同一の極性に、隣り
合う位置にある検出用電極同士が異なる極性となるよう
に、２つの接続端子に接続し、この２つの接続端子を検
出装置に接続することにより、検出用アームの面垂直振
動の振幅を検出装置により測定できる。

【００２０】この際、駆動用電極の長さを駆動用アーム
の長さの４０％〜７０％とし、駆動用アームの一面に形
成された２つの駆動用電極の幅の和を駆動用アームの幅
の３０％〜５０％とすることにより、高い実効的電気結
合係数での駆動用アームの駆動が可能である。また、検
出用電極の長さを検出用アームの長さの４０％〜７０％
とし、検出用電極の幅を検出用アームの幅の５０％〜７
０％とすることにより、高い実効的電気結合係数での検
出用アームの変位の検出が可能である。

【００２１】本発明による圧電振動ジャイロスコープの
さらにより具体的な構成としては、胴部と、平行な３本
の駆動用アームと、平行な３本の検出用アームとが設け
られ、駆動用アームのそれぞれは、検出用アームのいず
れかと、それぞれ一直線上に並ぶように配置されている
構成とすることができる。

【００２２】この場合、３本の駆動用アームのうちの外
側の２本に励起される面内振動と、中央の１本に励起さ
れる面内振動との位相が１８０度異なる振動が、この圧
電振動ジャイロスコープの固有振動の１つとなるので、
この振動を駆動振動モードとして、駆動振動モードの振
動を励起するように、駆動用アームに電圧を供給する構
成にできる。この際、検出用アームには、３本の検出用
アームのうちの外側の２本に励起される面垂直振動と、
中央の１本に励起される面垂直振動との位相が１８０度
異なる振動が励起されるので、この振動を検出すること
により、角速度を検出することができる。

【００２３】このように３本の検出用アームを有する圧
電振動ジャイロスコープでは、３本の検出用アームのう
ちの中央の１本の検出用アームの振動の振幅が最も大き
くなるので、この中央の１本の検出用アームに検出用電
極を形成することにより、感度良く測定を行うことがで
きる。

【００２４】本発明の６本のアームを有する構成の圧電
振動ジャイロスコープでは、主面の形状を上下左右対称
にし、胴部と駆動用アームと検出用アームとの厚さを同
一とすることにより、スプリアス応答が少ない良好な周
波数応答での検知が可能な圧電振動ジャイロスコープを
容易に製造することができる。

【００２５】また、本発明の６本のアームを有する構成
の圧電振動ジャイロスコープでは、駆動用アームおよび
検出用アームの振動の振幅に比べて重心部分の振動の振
幅が非常に小さいので、重心を支持する支持体により良
好に安定した重心支持を行うことができる。

【００２６】本発明の６本のアームを有する構成の圧電
振動ジャイロスコープでは、胴部の四隅を削ると、面内
振動の共振周波数と面垂直振動の共振周波数とが共に低
下するが、面垂直振動の共振周波数の低下量より面内振
動の共振周波数の低下量の方が大きい。そこで、このよ
うにすることにより、面内振動の共振周波数と面垂直振
動の共振周波数との差を調整することができる。

【００２７】また、中央の駆動用アームおよび中央の検
出用アームの先端を削ると面内振動の共振周波数と面垂
直振動の共振周波数とが共に上昇するが、面内振動の共
振周波数の上昇量より面垂直振動の共振周波数の上昇量
の方が大きい。そこで、このようにすることにより、面
内振動の共振周波数と面垂直振動の共振周波数との差を
調整することができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施例について説明
する。

【００２９】（実施例１）本発明に基づく実施例１の六
脚型圧電振動ジャイロスコープ１０を図１〜４に示す。
図１は六脚型圧電振動ジャイロスコープ１０の斜視図を
示している。図２は電極の配置を示しており、図２
（ｂ）は六脚型圧電振動ジャイロスコープ１０の正面
図、図２（ａ）は上面から見た図、図２（ｃ）は下面か
ら見た図を示している。図３は駆動用電極１８の概略の
結線図を示している。図４は検出用電極１９の概略の結
線図を示している。図１，２に示すように、この六脚型
圧電振動ジャイロスコープ１０は、中央の実質的に長方
形の板状の胴部１７と、胴部１７の一方の端面から延び
る、間隔を置いて３本並んで配置された、断面がほぼ正
方形の棒状の駆動用アーム１１，１２，１３と、胴部１
７の駆動用アーム１１，１２，１３が延びている端面と
反対側の端面から延びる、駆動用アーム１１，１２，１
３のそれぞれと一直線上に並ぶように３本配置された断
面がほぼ正方形の棒状の検出用アーム１４，１５，１６
とを有している。六脚型圧電振動ジャイロスコープ１０
の材質としては、本実施例ではＺカットランガサイトか
らなる圧電体が用いられている。駆動用アーム１１，１
２，１３および検出用アーム１４，１５，１６は、胴部
１７と同一面内に位置しており、胴部１７の端面に垂直
に延びている。

【００３０】次に本実施例の六脚型圧電振動ジャイロス
コープ１０の電極の配置およびその結線について説明す
る。図２に示すように、駆動用アーム１１，１２，１３
のそれぞれには、両主面（図２の正面、底面）と両側面
とに、各駆動用アーム１１，１２，１３の幅方向に関し
て中央部において、そのつけ根付近から端部に向かって
延びる、長方形状で互いに同一の大きさの駆動用電極１
８が形成されている。これらの駆動用電極１８は、図３
に示すように、互いに対向する位置にある駆動用電極１
８同士が同一の極性となり、隣り合う位置にある駆動用
電極１８同士が異なる極性となるように交流電源に接続
されている。両端の駆動用アーム１１と駆動用アーム１
３とは、各面の駆動用電極１８に交流電源が接続されて
いる極性のパターンが同じであり、中央の駆動用アーム
１２の各駆動用電極１８は、両端の駆動用アーム１１，
１３の各駆動用電極１８と反対の極性となるように接続
されている。

【００３１】中央の検出用アーム１５には、両側面に２
つづつ配置され、それぞれが検出用アーム１５の幅方向
に関して両端部において、そのつけ根付近から端部に向
かって延びる、長方形状で互いに同一の大きさの検出用
電極１９が形成されている。図４に示すように、これら
の検出用電極１９は、対角線方向の２つの検出用電極１
９が同一の極性に、対向する検出用電極１９および同一
面上の検出用電極１９が異なる極性となるように、２つ
の接続端子に接続されており、この２つの接続端子が不
図示の検出装置に接続される。

【００３２】次に、本実施例の六脚型圧電振動ジャイロ
スコープ１０による角速度の検出時の動作について説明
する。駆動用電極１８に交流電圧を印加すると、圧電体
からなる駆動用アーム１１，１２，１３内に、例えば図
３の矢印で示すように電界が励起されて、機械的な圧力
が生じる。これにより、駆動用アームは１１，１２，１
３は主面内で左右に変位する。この時、外側の２本の駆
動用アーム１１，１３と中央の駆動用アーム１２とに
は、その結線の違いにより図３に示すように常に反対方
向の電界が励起され、反対方向の変位が生じる。これに
より、図５に示すように、駆動用アーム１１，１２，１
３には、外側２本の駆動用アーム１１，１３の振動の位
相が同一であり、外側２本の駆動用アーム１１，１３と
中央の駆動用アーム１２とで振動の位相が１８０°異な
るように主面内で左右に振動する面内振動が励起され
る。この面内振動が本実施例の六脚型圧電振動ジャイロ
スコープ１０の駆動モードの振動である。なお、説明を
判りやすくするために、図５には、各駆動用アーム１
１，１２，１３が極端に大きな変位をするように示して
いるが、実際には、各駆動用アーム１１，１２，１３が
互いに当接することはない程度の変位量である。

【００３３】六脚型圧電振動ジャイロスコープ１０が、
駆動用アーム１１，１２，１３の延伸方向すなわち図１
のｙ軸の周りに角速度Ωで回転する回転物上に置かれて
いる場合、駆動用アーム１１，１２，１３には主面に対
して垂直な方向にコリオリ力が働く。そこで、図６に示
すように、駆動用アーム１１，１２，１３には、面内振
動に対応して、外側２本の駆動用アーム１１，１３の振
動の位相が同一であり、外側２本の駆動用アーム１１，
１３と中央の駆動用アーム１２とで振動の位相が１８０
°異なるように、主面に対して垂直な方向に前後に振動
する面垂直振動が励起される。この駆動用アーム１１，
１２，１３の面垂直振動は胴部１７を介して検出用アー
ム１４，１５，１６に伝わり、図６に示すように、検出
用アーム１４，１５，１６には、駆動用アーム１１，１
２，１３の面垂直振動と同様に、外側２本の検出用アー
ム１４，１６の振動の位相が同一であり、外側２本の検
出用アーム１４，１６と中央の検出用アーム１５とで振
動の位相が１８０°異なる、主面に対して垂直な方向に
前後に振動する面垂直振動が励起される。この面垂直振
動が、本実施例の六脚型圧電振動ジャイロスコープ１０
の振動の検出モードである。この際、図６に示すよう
に、検出用アーム１４，１５，１６の面垂直振動の振動
変位は、駆動用アーム１４，１５，１６の面垂直振動の
振動変位の数倍の大きさになる。なお、胴部１７は面方
向の剛性が大きいため、駆動用アーム１１，１２，１３
の面内振動は、検出用アーム１４，１５，１６にはほと
んど伝達されず、検出用アーム１４，１５，１６にはほ
とんど面内振動は励起されない。検出用アーム１５には
面垂直振動による変位により、図４の矢印で示すような
電界が生じ、検出用アーム１５に配設された検出用電極
１９には、検出用アーム１５の面垂直振動による変位に
対応する電位が励起され、この電位の振幅を測定するこ
とにより回転物のｙ軸周りの角速度Ωを測定することが
できる。

【００３４】なお、図５，６は、ＦＥＭ（有限要素法）
により解析した六脚型圧電振動ジャイロスコープ１０の
振動モードの図を示しているが、実際に六脚型圧電振動
ジャイロスコープ１０を振動させてレーザードップラー
バイブロメータで計測した振動変位分布も図５，６に示
した振動モード図に良好に一致することが確かめられ
た。

【００３５】本実施例の六脚型圧電振動ジャイロスコー
プ１０は、Ｚカットランガサイト板からワイヤーカット
の方法で、図１に示すような六脚型圧電振動ジャイロス
コープ１０の素板を切り出し、蒸着とフォトレジスト法
によりＡｕ／Ｃｒ蒸着電極として、図２に示すような駆
動用電極１８および検出用電極１９を形成することによ
り製造した。

【００３６】本実施例の六脚型圧電振動ジャイロスコー
プ１０では、駆動モードの面内振動と検出モードの面垂
直振動以外の検出の雑音となる振動の発生を抑止するた
めに、主面の形状を上下左右対称な形状とし、駆動用ア
ーム１１，１２，１３と、検出用アーム１４，１５，１
６と、胴部１７との厚さを同一とすることが望ましい。
六脚型圧電振動ジャイロスコープ１０のこの形状からの
ずれが大きいと、面内振動の共振周波数および面垂直振
動の共振周波数とは異なる周波数の振動が生じ、スプリ
アス応答が発生してしまう。そこで、この形状にするこ
とで、スプリアス応答のない良好な周波数応答、立ち上
がりの早い応答を得ることができる。本実施例では、駆
動用アーム１１，１２，１３と、検出用アーム１４，１
５，１６と、胴部１７との厚みは０．４２ｍｍ、駆動用
アーム１１，１２，１３の幅および検出用アーム１４，
１５，１６の幅は０．４ｍｍ、長さはすべて６．０ｍ
ｍ、胴部１７の長さは４ｍｍ、幅は４ｍｍとした。

【００３７】本実施例の六脚型圧電振動ジャイロスコー
プ１０において、駆動用電極１８への電圧の印加により
高効率で駆動用アーム１１，１２，１３に面内振動を励
起するためには、駆動用電極１８の大きさを実効的電気
機械結合係数ができるだけ高くなるような大きさにする
ことが望ましい。そこで、駆動用電極１８の大きさと実
効的電気機械結合係数との関係について説明する。

【００３８】本実施例の六脚型圧電振動ジャイロスコー
プ１０では、駆動用アーム１１，１２，１３のスチフネ
スに比べて胴部１７のスチフネスが十分大きいので、図
７に示すように、駆動用アーム１２を片持ち梁（はり）
として動作するものと考えることができる。そこで、片
持ち梁とみなされる駆動用アーム１２において、駆動用
電極１８の形状を変えた時の実効的電気機械結合係数を
求めた。

【００３９】まず、駆動用電極１８の幅Ｗ_eと駆動用ア
ーム１２の幅Ｗ_aの比Ｗ_e／Ｗ_aを０．７に一定に保ち、
駆動用電極１８の長さＬ_eと駆動用アーム１２の長さＬ_a
との比Ｌ_e／Ｌ_aを０から１まで変化させたときの、比
Ｌ_e／Ｌ_aに対する実効的電気機械結合係数（相対値）
の変化を求めた結果を図８に示す。図８から明らかなよ
うに、駆動用アーム１２の長さＬ_aに対する駆動用電極
の長さＬ_eの比Ｌ_e／Ｌ_aの値が０．４〜０．７の付近
で、実効的電気機械結合係数が大きくなっていることが
分る。次に、駆動用アーム１２の長さＬ_aに対する駆動
用電極１８の長さＬ_eの比Ｌ_e／Ｌ_aを０．６に固定し
て、駆動用アーム１２の幅Ｗ_aに対する駆動用電極１８
の幅Ｗ_eの比Ｗ_e ／Ｗ_aと実効的電気機械結合係数（相
対値）との関係を求めた結果を図９に示す。図９から、
比Ｗ_e ／Ｗ_aの値が０．５〜０．７の付近で、実効的電
気機械結合係数が大きくなっていることが分る。

【００４０】以上の結果によると、駆動用電極１８の長
さを駆動用アーム１１，１２，１３の長さの４０％〜７
０％とし、駆動用電極１８の幅を駆動用アーム１１，１
２，１３の幅の５０％〜７０％としたときに、高い実効
的電気機械結合係数が得られるので、駆動用電極１８の
大きさはこのように設定することが望ましい。

【００４１】また同様に、本実施例の六脚型圧電振動ジ
ャイロスコープ１０において、検出用アーム１５の面垂
直振動の検出用電極１９による検出感度を高くするため
には、実効的電気機械結合係数ができるだけ高くなるよ
うに検出用電極１９の大きさを設定することが望まし
い。そこで、検出用電極１９の大きさと実効的電気機械
結合係数との関係について説明する。

【００４２】本実施例の六脚型圧電振動ジャイロスコー
プ１０では、駆動用アーム１２と同様に、検出用アーム
１５のスチフネスに比べて胴部１７のスチフネスが十分
大きいので、図１０に示すように、検出用アーム１５を
片持ち梁（はり）として動作するものと考えることがで
きる。そこで、片持ち梁とみなされる検出用アーム１５
の検出用電極１９の形状を変えた時の実効的電気機械結
合係数を求めた。

【００４３】まず、検出用アームの幅Ｗ_avに対する一側
面に形成された２つの検出用電極１５の幅の和Ｗ_evの比
Ｗ_ev／Ｗ_avの値を０．５に一定に保ち、検出用電極１９
の長さＬ_evを変えて、検出用アーム１５の長さＬ_avに対
する比Ｌ_ev／Ｌ_avと実効的電気機械結合係数（相対値）
との関係を求めた結果を図１１に示す。図１１から、比
Ｌ_ev／Ｌ_avの値が０．４〜０．７の付近で実効的電気機
械結合係数が大きな値を示すことが分る。次に、検出用
アーム１５の長さＬ_avに対する検出用電極１９の長さＬ
_evの比Ｌ_ev／Ｌ_avを０．６に固定して、検出用アーム１
５の幅Ｗ_avに対する一側面に形成された２つの検出用電
極１９の幅の和Ｗ_evの比Ｗ_ev／Ｗ_avと実効的電気機械結
合係数（相対値）との関係を求めた結果を図１２に示
す。図１２から、比Ｗ_ev／Ｗ_avの値が０．３〜０．５
の付近で実効的電気機械結合係数が大きくなっているこ
とが分る。

【００４４】以上の結果によると、検出用電極１９の長
さを検出用アーム１４，１５，１６の長さの４０％〜７
０％、一側面に形成された２つの検出用電極１９の幅の
和を検出用アーム１４，１５，１６の幅の３０％〜５０
％とすることにより、高い実効的電気機械結合係数が得
られ、周波数応答が広く高感度な六脚型圧電振動ジャイ
ロスコープ１０を得ることができるので、検出用電極１
９の大きさはこのように設定することが望ましい。

【００４５】本実施例の六脚型圧電振動ジャイロスコー
プ１０では、駆動モードの振動の共振周波数と検出モー
ドの振動の共振周波数との差が小さ過ぎると、感度は高
くなるものの、外力による振動などによって生じる角速
度の過渡的な変化などの雑音の影響が大きくなってしま
う。そこで、周波数応答に優れかつ高感度な六脚型圧電
振動ジャイロスコープ１０を得るために、駆動モードの
振動の共振周波数と検出モードの振動の共振周波数とに
差を付ける、すなわち離調を行うことが望ましい。六脚
型圧電振動ジャイロスコープ１０を例えば自動車に搭載
することを想定すると、駆動モードである面内振動の共
振周波数と検出モードである面垂直振動の共振周波数と
の差は１００Ｈｚ程度とすることが望ましく、本実施例
では、この差を９６Ｈｚとした。

【００４６】この際、駆動モードの振動の共振周波数と
検出モードの振動の共振周波数との差を所望の値に調整
する方法の１つとしては、胴部１７の四隅をレーザーで
削る方法がある。胴部１７の四隅をレーザで削ると、面
内振動の共振周波数と面垂直振動の共振周波数とが共に
低下するが、面垂直振動の共振周波数の低下量より面内
振動の共振周波数の低下量の方が大きい。そこで、胴部
１７の四隅をレーザで削ることにより、駆動モードの振
動である面内振動の共振周波数と検出モードの振動であ
る面垂直振動の共振周波数との差を調整することができ
る。

【００４７】また、駆動モードの振動の共振周波数と検
出モードの振動の共振周波数との差を所望の値に調整す
る他の方法としては、中央の駆動用アーム１２および中
央の検出用アーム１５の先端をレーザーで削る方法があ
る。中央の駆動用アーム１２および中央の検出用アーム
１５の先端をレーザーで削ると、面内振動の共振周波数
と面垂直振動の共振周波数とが共に上昇するが、面内振
動の共振周波数の上昇量より面垂直振動の共振周波数の
上昇量の方が大きい。そこで、中央の駆動用アーム１２
および中央の検出用アーム１５の先端をレーザーで削る
ことにより、駆動モードの振動である面内振動の共振周
波数と検出モードの振動である面垂直振動の共振周波数
との差を調整することができる。

【００４８】本実施例の六脚型圧電振動ジャイロスコー
プ１０では、主面の形状が上下左右対称であるため、重
心部分の振動変位が、駆動用アーム１１，１２，１３お
よび検出用アーム１４，１５，１６の最大振動変位に比
べて１００００分の１以下と極めて小さく、この重心部
分において安定性の高い支持を行うことが可能である。
図１３に、重心に固着した支持体２０により重心支持を
行った六脚型圧電振動ジャイロスコープ１０の側面図を
示す。本実施例では、支持体２０は石英ガラスからなっ
ており、直径１ｍｍ、高さ１ｍｍである。このような支
持を行った場合でも、六脚型圧電振動ジャイロスコープ
１０の機械的品質係数は、支持を行わない場合に比べて
３割以下しか低下せず、支持を行ってもほとんど損失は
増加しなかった。また、支持を行うことによる駆動モー
ドの振動の共振周波数および検出モードの振動の共振周
波数の変化は１０Ｈｚ以下であった。圧電単結晶ランガ
サイトでできている本実施例の六脚型圧電振動ジャイロ
スコープ１０を図１３のように支持固定し、角速度の検
出を行ったところ、０．８ｍＶ／（ｄｅｇ／ｓ）と高い
感度での検出を行うことができた。

【００４９】以上説明したように、本実施例の六脚型圧
電振動ジャイロスコープ１０では、駆動用アーム１１，
１３を同相で、駆動用アーム１２を逆相で面内振動（駆
動モードの振動）させると、コリオリ力により、駆動用
アーム１１，１２，１３に面垂直振動が励起され、この
面垂直振動が胴部１７を介して検出用アーム１４，１
５，１６に伝達され、検出用アーム１４，１５，１６が
面垂直振動（検出モードの振動）する。この際、駆動モ
ードの振動は検出用アーム１４，１５，１６にはほとん
ど伝達されないので、検出用アーム１４，１５，１６に
は駆動モードの振動が発生せず、検出モードの振動のみ
が発生する。このため、検出用アーム１４，１５，１６
においては、駆動モードの振動と検出モードの振動との
機械的結合がほとんど発生しないので、検出用アーム１
４，１５，１６で検出モードの振動を検出することによ
り、Ｓ／Ｎ比の良好な検出が可能である。

【００５０】また、駆動用アーム１１，１２，１３と検
出用アーム１４，１５，１６とは胴部１７をはさんで距
離的に離れているため、静電的な結合が生じにくく、Ｓ
／Ｎ比の良好な検出が可能である。

【００５１】また、駆動用アーム１１，１２，１３の振
動変位に対して、検出用アーム１４，１５，１６の振動
変位は数倍大きいので、高感度な検出が可能である。

【００５２】なお、本実施例では、圧電体としてＺカッ
トランガサイトを用いた六脚型圧電振動ジャイロスコー
プ１０について述べたが、Ｚカット水晶を用いても同様
に動作可能な六脚型圧電振動ジャイロスコープ１０を得
ることができる。

【００５３】また、本実施例では、検出用電極１９を中
央の検出用アーム１５に形成しているが、外側２本の検
出用アーム１４，１６に検出用電極１９を形成し、この
２本のアームで面垂直振動を検出することももちろん可
能である。また、３本の検出用アーム１４，１５，１６
のすべてに検出用電極１９を形成し、これらの検出用電
極１９を振動の位相を考慮して扱い、角速度を検出する
ことももちろん可能である。

【００５４】また、本実施例では、胴部１７を挟んで、
３本の駆動用アーム１１，１２，１３と３本の検出用ア
ーム１４，１５，１６とが延びている六脚型圧電振動ジ
ャイロスコープ１０を示したが、圧電振動ジャイロスコ
ープの形状は、胴部の主面に平行な方向の振動である面
内振動を、駆動用アームに励起可能であり、この面内振
動の検出用アームへの伝達が、胴部により抑制されるよ
うな形状であればよい。

【００５５】（実施例２）本発明に基づく実施例２の六
脚型圧電振動ジャイロスコープ２１を図１４〜１７に示
す。図１４は六脚型圧電振動ジャイロスコープ２１の斜
視図を示している。図１５は電極の配置を示しており、
図１５（ｂ）は六脚型圧電振動ジャイロスコープ２１の
正面図、図１５（ａ）は上面から見た図、図１５（ｃ）
は下面から見た図を示している。図１６は駆動用電極２
９の概略の結線図を示している。図１７は検出用電極３
０の概略の結線図を示している。図１４，１５に示すよ
うに、この六脚型圧電振動ジャイロスコープ２１は、中
央の実質的に長方形の板状の胴部２８と、胴部２８の一
方の端面に、間隔を置いて３本並んで配置された、断面
がほぼ正方形の棒状の駆動用アーム２２，２３，２４
と、胴部２８の駆動用アーム２２，２３，２４が延びて
いる端面と反対側の端面から、駆動用アーム２２，２
３，２４のそれぞれと一直線上に並ぶように延びる、断
面がほぼ正方形の棒状の３本の検出用アーム２５，２
６，２７とを有している。六脚型圧電振動ジャイロスコ
ープ２１の材質としては、本実施例ではＸカットラン
ガサイトからなる圧電体を用いている。

【００５６】次に本実施例の六脚型圧電振動ジャイロス
コープ２１の電極の配置およびその結線について説明す
る。図１５に示すように、駆動用アーム２２，２３，２
４のそれぞれには、両主面（図１５の正面、底面）に２
つづつ配置され、それぞれが各駆動用アーム２２，２
３，２４の幅方向に関して両端部において、そのつけ根
付近から端部に向かって延びる、長方形状で互いに同一
の大きさの駆動用電極２９が形成されている。図１６に
示すように、これらの駆動用電極２９は、対角線方向の
２つの駆動用電極２９が同一の極性に、対向する駆動用
電極２９および同一面上の駆動用電極２９が異なる極性
になるように交流電源に接続されている。両端の駆動用
アーム２２と駆動用アーム２４とは、各面の駆動用電極
２９に交流電源が接続されいる極性のパターンが同じで
あり、中央の駆動用アーム２３の各駆動用電極２９は、
両端の駆動用アーム２２，２４の各駆動用電極２９と反
対の極性となるように接続されている。

【００５７】中央の検出用アーム２６には、両主面と両
側面とに、検出用アーム２６の幅方向に関して中央部に
おいて、そのつけ根付近から端部に向かって延びる、長
方形状で互いに同一の大きさの検出用電極３０が形成さ
れている。これらの検出用電極３０は、図１７に示すよ
うに、互いに対向する位置にある検出用電極３０同士が
同一の極性に、隣り合う位置にある検出用電極３０同士
が異なる極性となるように、２つの接続端子に接続され
ており、この２つの接続端子が不図示の検出装置に接続
される。

【００５８】本実施例の六脚型圧電振動ジャイロスコー
プ２１は、実施例１の六脚型圧電振動ジャイロスコープ
１０とは材質が異なり、このために、駆動用アーム２
２，２３，２４に面内振動を励起するための電界、およ
び検出用アーム２５，２６，２７の面垂直振動により励
起される電界が異なるので、これに対応して駆動用電極
２９、検出用電極３０の配置が異なっている。本実施例
の六脚型圧電振動ジャイロスコープ２１による角速度の
検出時の動作は、動作時の駆動用アーム２２，２３，２
４および検出用アーム２５，２６，２７内に生じる電界
が異なることを除いて、実施例１とほぼ同様である。

【００５９】本実施例の六脚型圧電振動ジャイロスコー
プ１０は、Ｘカットランガサイト板からワイヤーカット
の方法で、図１４に示すような六脚型圧電振動ジャイロ
スコープ２１の素板を切り出し、蒸着とフォトレジスト
法によりＡｕ／Ｃｒ蒸着電極として、図１５に示すよう
な駆動用電極２９および検出用電極３０を形成すること
により製造した。

【００６０】本実施例の六脚型圧電振動ジャイロスコー
プ２１では、スプリアス応答のない良好な周波数応答、
立ち上がりの早い応答を得るために、実施例１と同様に
主面の形状を上下左右対称な形状とし、駆動用アーム２
２，２３，２４と、検出用アーム２５，２６，２７と、
胴部２８との厚さを同一とすることが望ましい。本実施
例では、駆動用アーム２２，２３，２４と、検出用アー
ム２５，２６，２７と、胴部２８との厚みは０．３２ｍ
ｍ、駆動用アーム２２，２３，２４の幅および検出用ア
ーム２５，２６，２７の幅は０．３ｍｍ、長さはすべて
４．０ｍｍ、胴部２８の長さは３ｍｍ、幅は３ｍｍとし
た。

【００６１】本実施例の六脚型圧電振動ジャイロスコー
プ２１において、駆動用電極２３への電圧の印加により
高効率で駆動用アーム２２，２３，２４に面内振動を励
起するための、実効的電気機械結合係数が大きくなる駆
動用電極２９の大きさを、駆動用アーム２２，２３，２
４を片持ち梁として扱い、駆動用電極２９の大きさを変
えて実効的電気機械結合係数を求めることにより調べ
た。その結果、本実施例の駆動用電極２９と同様の形状
である実施例１の検出用電極１９の図１１，１２に示し
た結果と同様に、駆動用電極２９の長さを駆動用アーム
２２，２３，２４の長さの４０％〜７０％とし、一面に
形成された２つの駆動用電極２９の幅の和を駆動用アー
ム２２，２３，２４の幅の３０％〜５０％としたとき
に、実効的電気機械結合係数が大きくなることが分かっ
た。駆動用電極２９はこのような大きさに設定すること
が望ましい。

【００６２】同様に、検出用アーム２６を片持ち梁とし
て扱い、検出用電極３０の大きさを変えて実効的電気機
械結合係数を求めることにより、検出用アーム２６の面
垂直振動の検出用電極３０による検出感度を高くするよ
うに、実効的電気機械結合係数が大きくなるような検出
用電極３０の大きさを調べた。その結果、本実施例の検
出用電極３０と同様の形状である実施例１の駆動用電極
１８の図８，９に示した結果と同様に、検出用電極３０
の長さを検出用アーム２６の長さの４０％〜７０％と
し、検出用電極３０の幅を検出用アーム２６幅の４０％
〜７０％としたときに、実効的電気機械結合係数が大き
くなることが分かった。検出用電極３０はこのような大
きさに設定することが望ましい。

【００６３】実施例１と同様に、本実施例の六脚型圧電
振動ジャイロスコープ２１では、周波数応答に優れかつ
高感度な六脚型圧電振動ジャイロスコープを得るため
に、駆動モードの共振周波数と検出モードの共振周波数
とに差を付ける、すなわち離調を行うことが望ましい。
周波数の調整は、実施例１に示した方法と全く同じ方法
で行うことができる。本実施例では、駆動モードの共振
周波数と検出モードの共振周波数との差を１０３Ｈｚと
した。

【００６４】本実施例の六脚型圧電振動ジャイロスコー
プ２１では、実施例１と同様に、重心部分の振動変位
が、駆動用アーム２２，２３，２４および検出用アーム
２５，２６，２７の最大振動変位に比べて１００００分
の１以下と極めて小さいので、この重心部分において安
定性の高い支持を行うことが可能である。本実施例で
は、実施例１に示した支持体２０と同様の形状のアクリ
ル樹脂製の支持体を用いて重心支持を行った。その結
果、支持を行った場合でも、六脚型圧電振動ジャイロス
コープ２１の機械的品質係数は、支持を行わない場合に
比べて３割以下しか低下せず、支持を行ってもほとんど
損失は増加しなかった。また、支持を行うことによる駆
動モードの共振周波数および検出モードの共振周波数の
変化は１０Ｈｚ以下であった。このように重心支持をし
た本実施例の六脚型圧電振動ジャイロスコープ２１によ
り、角速度の検出を行ったところ、０．７８ｍＶ／（ｄ
ｅｇ／ｓ）と高い感度での検出を行うことができた。

【００６５】以上説明した本実施例の六脚型圧電振動ジ
ャイロスコープ２１では、実施例１と同様に、検出用ア
ーム２５，２６，２７に検出モードの振動のみが励起さ
れるため、検出の雑音となる振動が小さく、また、駆動
用アーム２２，２３，２４と検出用アーム２５，２６，
２７との距離が離れているため、静電的な雑音が小さ
く、S／Ｎ比の良好な検出が可能である。

【００６６】また、駆動用アーム２２，２３，２４の振
動変位に対して、検出用アーム２５，２６，２７の振動
変位は数倍大きいので、高感度な検出が可能である。

【００６７】さらに、重心部分の振動変位が、駆動用ア
ーム２２，２３，２４および検出用アーム２５，２６，
２７の最大振動変位に比べて１００００分の１以下と極
めて小さく、この重心部分において安定性の高い支持を
行うことが可能である。

【００６８】なお、本実施例では、圧電体としてＸカッ
トランガサイトを用いた六脚型圧電振動ジャイロスコー
プ２１について述べたが、Ｘカット水晶、１３０°回転
ｙ板リチウムタンタレート、厚み方向に一様に分極され
た圧電セラミックスも本実施例に適用可能であることは
言うまでもない。

【００６９】また、本実施例では検出電極３０を中央の
検出用アーム２６に形成しているが、外側２本の検出用
アーム２５，２７に検出用電極３０を形成し、これら２
本のアームで面垂直振動を検出することももちろん可能
である。さらに３本の検出用アーム２５，２６，２７の
すべてに検出用電極３０を施し、これらの検出用電極３
０を振動の位相を考慮して接続し、角速度を検出するこ
とももちろん可能である。

【００７０】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば高いＳ／Ｎ比で角速度を検出することができる圧電
振動ジャイロスコープを得ることができる。本発明の圧
電振動ジャイロスコープは、Ｓ／Ｎ比が高いため角速度
の分解能に優れ、地球の自転以下の小さな角速度の検出
も可能である。

【００７１】また、本発明の圧電振動ジャイロスコープ
は、安定性の高い重心支持が可能である。

【００７２】さらに、本発明の圧電振動ジャイロスコー
プでは、電極の形状を最適化して、駆動用アームの駆動
および検出用アームの検出の実効的電気機械結合係数を
大きくすることができ、かつ検出用アームの振動変位は
駆動用アームの振動変位の数倍になるため、高感度な角
速度の検出が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施例１の圧電振動ジャイロスコ
ープの斜視図である。

【図２】図１の圧電振動ジャイロスコープの電極の配置
を示す図であり、図２（ａ）は上面からみた図、図２
（ｂ）は正面図、図２（ｃ）は下面から見た図である。

【図３】図１の圧電振動ジャイロスコープの駆動用電極
の電気的結線図である。

【図４】図１の圧電振動ジャイロスコープの検出用電極
の電気的結線図である。

【図５】図１の圧電振動ジャイロスコープにおける駆動
モードの振動時の変位を示す図である。

【図６】図１の圧電振動ジャイロスコープにおける検出
モードの振動時の変位を示す図である。

【図７】図１の圧電振動ジャイロスコープの１本の駆動
用アームを示した図であり、図７（ａ）は正面図、図７
（ｂ）は側面図である。

【図８】図７に示した駆動用アームにおける、駆動用電
極の長さと実効的電気機械結合係数の関係を示す図であ
る。

【図９】図７に示した駆動用アームにおける、駆動用電
極の幅と実効的電気機械結合係数の関係を示す図であ
る。

【図１０】図１の圧電振動ジャイロスコープの１本の検
出用アームを示した図であり、図１０（ａ）は正面図、
図１０（ｂ）は側面図である。

【図１１】図１０に示した検出用アームにおける、検出
用電極の長さと実効的電気機械結合係数の関係を示す図
である。

【図１２】図１０に示した検出用アームにおける、検出
用電極の幅と実効的電気機械結合係数の関係を示す図で
ある。

【図１３】重心支持した状態の図１の圧電振動ジャイロ
スコープの側面図である。

【図１４】本発明による実施例２の圧電振動ジャイロス
コープの斜視図である。

【図１５】図１４の圧電振動ジャイロスコープの電極の
配置を示す図であり、図１５（ａ）は上面から見た図、
図１５（ｂ）は正面図、図１５（ｃ）は下面から見た図
である。

【図１６】図１４の圧電振動ジャイロスコープの駆動用
電極の電気的結線図である。

【図１７】図１４の圧電振動ジャイロスコープの検出用
電極の電気的結線図である。

【図１８】従来の音叉型圧電振動ジャイロスコープを示
す斜視図であり、図１８（ａ）は駆動モードでの振動状
態、図１８（ｂ）は検出モードでの振動状態を示してい
る。

【符号の説明】

１０，２１六脚型圧電振動ジャイロスコープ１１，１２，１３，２２，２３，２４駆動用アーム１４，１５，１６，２５，２６，２７検出用アーム１７，２８胴部１８，２９駆動用電極１９，３０検出用電極２０支持体１００音叉型圧電振動ジャイロスコープ１０１右側アーム１０２左側アーム１０３底部

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年３月２９日（２０００．３．２
９）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明による圧電振動ジャイロスコープは、長さ方
向の寸法が幅方向の寸法に比べて同一かあるいは長い矩
形状の胴部と、胴部から外向きに延びている圧電体から
なる棒状の駆動用アームと、胴部から駆動用アームと反
対側に外向きに延びている圧電体からなる棒状の検出用
アームとを有し、駆動用アームおよび検出用アームが胴
部の主面と平行な面内に位置しており、駆動用アーム
は、電圧が印加されて胴部の主面に平行な方向の振動で
ある面内振動が励起されるものであり、胴部は、面内振
動の検出用アームへの伝達を抑制するものであり、検出
用アームに励起された電圧が検出されることにより、検
出用アームに生じている振動が検出されることを特徴と
する。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】駆動用アームの面内振動の検出用アームへ
の伝達を、胴部により抑制させるためには、胴部が、面
内振動の振動方向に平行な方向に高い剛性を有するよう
にすればよい。このためには、胴部の長さ方向の寸法を
幅方向の寸法に比べて同一かあるいは大きくすれば良
い。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３３】六脚型圧電振動ジャイロスコープ１０が、
駆動用アーム１１，１２，１３の延伸方向すなわち図１
のｙ軸の周りに角速度Ωで回転する回転物上に置かれて
いる場合、駆動用アーム１１，１２，１３には主面に対
して垂直な方向にコリオリ力が働く。そこで、図６に示
すように、駆動用アーム１１，１２，１３には、面内振
動に対応して、外側２本の駆動用アーム１１，１３の振
動の位相が同一であり、外側２本の駆動用アーム１１，
１３と中央の駆動用アーム１２とで振動の位相が１８０
°異なるように、主面に対して垂直な方向に前後に振動
する面垂直振動が励起される。この駆動用アーム１１，
１２，１３の面垂直振動は胴部１７を介して検出用アー
ム１４，１５，１６に伝わり、図６に示すように、検出
用アーム１４，１５，１６には、駆動用アーム１１，１
２，１３の面垂直振動と同様に、外側２本の検出用アー
ム１４，１６の振動の位相が同一であり、外側２本の検
出用アーム１４，１６と中央の検出用アーム１５とで振
動の位相が１８０°異なる、主面に対して垂直な方向に
前後に振動する面垂直振動が励起される。この面垂直振
動が、本実施例の六脚型圧電振動ジャイロスコープ１０
の振動の検出モードである。この際、図６に示すよう
に、検出用アーム１４，１５，１６の面垂直振動の振動
変位は、駆動用アーム１４，１５，１６の面垂直振動の
振動変位の数倍の大きさになる。なお、胴部１７は、長
さ方向の寸法を幅方向の寸法に比べて同一あるいは大き
く設定され面方向の剛性が大きいため、駆動用アーム１
１，１２，１３の面内振動は、検出用アーム１４，１
５，１６にはほとんど伝達されず、検出用アーム１４，
１５，１６にはほとんど面内振動は励起されない。検出
用アーム１５には面垂直振動による変位により、図４の
矢印で示すような電界が生じ、検出用アーム１５に配設
された検出用電極１９には、検出用アーム１５の面垂直
振動による変位に対応する電位が励起され、この電位の
振幅を測定することにより回転物のｙ軸周りの角速度Ω
を測定することができる。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５５】（実施例２）本発明に基づく実施例２の六
脚型圧電振動ジャイロスコープ２１を図１４〜１７に示
す。図１４は六脚型圧電振動ジャイロスコープ２１の斜
視図を示している。図１５は電極の配置を示しており、
図１５（ｂ）は六脚型圧電振動ジャイロスコープ２１の
正面図、図１５（ａ）は上面から見た図、図１５（ｃ）
は下面から見た図を示している。図１６は駆動用電極２
９の概略の結線図を示している。図１７は検出用電極３
０の概略の結線図を示している。図１４，１５に示すよ
うに、この六脚型圧電振動ジャイロスコープ２１は、中
央の実質的に正方形かあるいは六脚型圧電振動ジャイロ
スコープ２１の長さ方向に長い長方形の板状の胴部２８
と、胴部２８の一方の端面に、間隔を置いて３本並んで
配置された、断面がほぼ正方形の棒状の駆動用アーム２
２，２３，２４と、胴部２８の駆動用アーム２２，２
３，２４が延びている端面と反対側の端面から、駆動用
アーム２２，２３，２４のそれぞれと一直線上に並ぶよ
うに延びる、断面がほぼ正方形の棒状の３本の検出用ア
ーム２５，２６，２７とを有している。六脚型圧電振動
ジャイロスコープ２１の材質としては、本実施例では
Ｘカットランガサイトからなる圧電体を用いている。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６０】本実施例の六脚型圧電振動ジャイロスコー
プ２１では、スプリアス応答のない良好な周波数応答、
立ち上がりの早い応答を得るために、実施例１と同様に
主面の形状を上下左右対称な形状とし、駆動用アーム２
２，２３，２４と、検出用アーム２５，２６，２７と、
胴部２８との厚さを同一とすることが望ましい。本実施
例では、駆動用アーム２２，２３，２４と、検出用アー
ム２５，２６，２７と、胴部２８との厚みは０．３２ｍ
ｍ、駆動用アーム２２，２３，２４の幅および検出用ア
ーム２５，２６，２７の幅は０．３ｍｍ、長さはすべて
４．０ｍｍ、胴部２８の長さは３．２ｍｍ、幅は３．０
ｍｍとした。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】胴部と、該胴部から外向きに延びている
圧電体からなる棒状の駆動用アームと、前記胴部から前
記駆動用アームと反対側に外向きに延びている圧電体か
らなる棒状の検出用アームとを有し、前記駆動用アーム
および前記検出用アームが前記胴部の主面と平行な面内
に位置しており、前記駆動用アームは、電圧が印加されて前記胴部の主面
に平行な方向の振動である面内振動が励起されるもので
あり、前記胴部は、前記面内振動の前記検出用アームへの伝達
を抑制するものであり、前記検出用アームに励起された電圧が検出されることに
より、前記検出用アームに生じている振動が検出され
る、圧電振動ジャイロスコープ。
【請求項２】前記検出用アームにて検出される振動
が、前記胴部の主面に垂直な方向の振動である面垂直振
動を含む、請求項１に記載の圧電振動ジャイロスコー
プ。
【請求項３】前記胴部が、前記面内振動の振動方向に
平行な方向に高い剛性を有するものである、請求項１ま
たは２に記載の圧電振動ジャイロスコープ。
【請求項４】前記胴部が実質的に矩形状であり、前記
駆動用アームが前記胴部の一側部の端面から延び、前記
検出用アームが、前記一側部と反対側の側部の端面から
延びている、請求項１から３のいずれか１項に記載の圧
電振動ジャイロスコープ。
【請求項５】前記駆動用アームが、前記胴部の端面に
対して垂直に延びており、前記検出用アームが、該端面
と反対側の端面に対して垂直に延びている請求項１から
４のいずれか１項に記載の圧電振動ジャイロスコープ。
【請求項６】前記胴部と前記駆動用アームと前記検出
用アームとが、圧電体により一体的に形成されている、
請求項１から５のいずれか１項に記載の圧電振動ジャイ
ロスコープ。
【請求項７】前記駆動用アームおよび前記検出用アー
ムが圧電体であるＺカット水晶またはＺカットランガサ
イトからなり、前記駆動用アームのそれぞれには、断面
が矩形である前記駆動用アームの４つの側面に、前記駆
動用アームのそれぞれの幅方向に関して中央部におい
て、そのつけ根付近から端部に向かって延びる、長方形
状で互いに同一の大きさである駆動用電極が形成されて
おり、前記検出用アームには、少なくとも１つの、断面
が矩形である前記検出用アームの両側面に２つづつ配置
され、それぞれが前記検出用アームの幅方向に関して両
端部において、そのつけ根付近から端部に向かって延び
る、長方形状で互いに同一の大きさである検出用電極が
形成されている請求項１から６のいずれか１項に記載の
圧電振動ジャイロスコープ。
【請求項８】前記駆動用電極の長さが前記駆動用アー
ムの長さの４０％〜７０％であり、前記駆動用電極の幅
が前記駆動用アームの幅の５０％〜７０％であり、前記
検出用電極の長さが前記検出用アームの長さの４０％〜
７０％であり、前記検出用アームの一側面に形成された
２つの前記検出用電極の幅の和が前記検出用アームの幅
の３０％〜５０％である請求項７に記載の圧電振動ジャ
イロスコープ。
【請求項９】前記駆動用アームおよび前記検出用アー
ムを構成する前記圧電体がＸカット水晶、Ｘカットラン
ガサイト、１３０°回転Ｙ板リチウムタンタレート、厚
み方向に一様に分極された圧電セラミックスのうちのい
ずれかであり、前記駆動用アームのそれぞれには、断面
が矩形である前記駆動用アームの正面と底面とに２つづ
つ配置され、各前記駆動用アームの幅方向に関して両端
部において、そのつけ根付近から端部に向かって延び
る、長方形状で互いに同一形状である駆動用電極が形成
されており、前記検出用アームには、少なくとも１つ
の、断面が矩形である前記検出用アームの４つの側面
に、前記検出用アームの幅方向に関して中央部におい
て、そのつけ根付近から端部に向かって延びる、長方形
状で互いに同一の大きさで検出用電極が形成されている
請求項１から６のいずれか１項に記載の圧電振動ジャイ
ロスコープ。
【請求項１０】前記駆動用電極の長さが前記駆動用ア
ームの長さの４０％〜７０％であり、前記駆動用アーム
の一面に形成された２つの前記駆動用電極の幅の和が前
記駆動用アームの幅の３０％〜５０％であり、前記検出
用電極の長さが前記検出用アームの長さの４０％〜７０
％であり、前記検出用電極の幅が前記検出用アームの幅
の５０％〜７０％である請求項９に記載の圧電振動ジャ
イロスコープ。
【請求項１１】前記胴部と、平行な３本の前記駆動用
アームと、平行な３本の前記検出用アームとが設けられ
ており、前記駆動用アームのそれぞれは、前記検出用ア
ームのいずれかと、それぞれ一直線上に並ぶように配置
されている、請求項１から１０のいずれか１項に記載の
圧電振動ジャイロスコープ。
【請求項１２】前記駆動用アームは、３本の前記駆動
用アームのうちの外側の２本に励起される面内振動と、
中央の１本に励起される面内振動との位相が１８０度異
なるように、電圧が供給される、請求項１１に記載の圧
電振動ジャイロスコープ。
【請求項１３】前記検出用アームは、３本の前記検出
用アームのうちの外側の２本に励起される面垂直振動
と、中央の１本に励起される面垂直振動との位相が１８
０度異なる、請求項１２に記載の圧電振動ジャイロスコ
ープ。
【請求項１４】３本の前記検出用アームのうちの中央
の１本のみに、検出用電極が形成されている請求項１１
から１３のいずれか１項に記載の圧電振動ジャイロスコ
ープ。
【請求項１５】主面の形状が上下左右対称であり、前
記胴部と前記駆動用アームと前記検出用アームとの厚さ
が同一である請求項１１から１４のいずれか１項に記載
の圧電振動ジャイロスコープ。
【請求項１６】重心部分を支持する支持体を有する請
求項１１から１５のいずれか１項に記載の圧電振動ジャ
イロスコープ。
【請求項１７】請求項１１から１６のいずれか１項に
記載の圧電振動ジャイロスコープの前記面内振動の共振
周波数と前記面垂直振動の共振周波数との差を調整する
周波数調整方法であって、前記胴部の四隅を削り、これにより前記面内振動の共振
周波数と前記面垂直振動の共振周波数とを、前記面垂直
振動の共振周波数の低下量に比べて前記面内振動の共振
周波数の低下量の方が大きくなるように低下させる工程
を有する周波数調整方法。
【請求項１８】請求項１１から１７のいずれか１項に
記載の圧電振動ジャイロスコープの前記面内振動の共振
周波数と前記面垂直振動の共振周波数との差を調整する
周波数調整方法であって、中央の前記駆動用アームおよび中央の前記検出用アーム
の先端を削り、これにより前記面内振動の共振周波数と
前記面垂直振動の共振周波数とを、前記面垂直振動の共
振周波数の上昇量を前記面内振動の共振周波数の上昇量
に比べて大きくなるように上昇させる工程を有する周波
数調整方法。